СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ШУМОПОДОБНЫМИ СИГНАЛАМИ В СИСТЕМЕ ОПОЗНАВАНИЯ "СВОЙ-ЧУЖОЙ" Российский патент 2014 года по МПК H04B7/216 

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах опознавания «свой - чужой», использующих в качестве запросных и ответных сигналов шумоподобные.

В настоящее время у нас в стране и за рубежом большое внимание уделяется разработке высокоэффективных средств опознавания наземных, воздушных и надводных объектов. Опознавание производится с использованием запросных и ответных сигналов.

Основное направление развития средств опознавания направлено на повышение достоверности опознавания своих и чужих объектов, уменьшение времени опознавания объектов и уменьшение вероятности распознавания структуры запросных и ответных сигналов противником.

Сигналы, используемые в системе для передачи информации и кода опознавания, должны обладать высокой помехоустойчивостью, обеспечивать скрытность структуры и передаваемой информации, а также обеспечивать достаточно высокую скорость передачи информации. Если скорость передачи информации будет низкая, запросные и ответные сигнала будут иметь большую длительность и их проще будет обнаружить противнику средствами радиотехнической разведки.

Перечисленным требованиям лучше всего удовлетворяют шумоподобные сигналы, полученные в результате фазовой манипуляции сигнала несущей частоты псевдослучайными последовательностями (ПСП).

Известны способы передачи информации шумоподобными сигналами, реализуемые в следующих патентах:

Патент №2085046, «Система для передачи дискретной информации», патентообладатель акционерное общество ′′БСД/СИЛИКОН′′, 1997.07.20. Патент №2219660 «Линия радиосвязи», патентообладатель ФГУП ВНИИС, авторы Заплетин Ю.В. и др.;

а также в научно-технической литературе:

Книга «Шумоподобные сигналы в системах передачи информации» под редакцией В.Б. Пестрякова. М.: Сов. Радио, 1973.

Книга «Широкополосные системы» автора Диксона Р.К., Москва, «Связь», 1979 г., с.207-209.

В данных системах связи каждый бит передаваемой информации кодируется прямой или инверсной псевдослучайной последовательностью. Полученной псевдослучайной последовательностью манипулируют фазу сигнала несущей частоты. На приемной стороне, перед началом работы, производят поиск и синхронизацию. Включают системы слежения задержки и фазовой автоподстройки несущей частоты. С выхода фазового детектора снимают последовательность импульсов принятой информации. Недостатком данных способов является низкая скорость передачи информации. Значительно увеличить скорость передачи информации шумоподобными сигналами можно, используя способ многопозиционного кодирования. Способ многопозиционного кодирования описан в книге Петрович Н.Т., Размахнин М.К. Системы связи с шумоподобными сигналами. Москва, Советское радио, 1969 на стр.89. При данном методе передачи информации используется ансамбль ортогональных между собой псевдослучайных последовательностей {ПСП₁, ПСП₂, …, ПСП_N}. Каждой псевдослучайной последовательности ставится взаимно однозначно один определенный символ алфавита из множества {m₁, m₂, …, m_N}. На приемной стороне производится вычисление функции взаимной корреляции принятого сигнала со всем ансамблем псевдослучайных последовательностей {ПСП₁, ПСП₂, …, ПСП_Nорт}. Для каждой псевдослучайной последовательностей находится максимум модуля функции, корреляции. По последовательности, для которой максимум функции взаимной корреляции является наибольшим, определяется переданный символ алфавита. Недостатком данного способа передачи информации является сложность реализации, так как в приемнике необходимо вычислять функцию корреляции для всего ансамбля псевдослучайных последовательностей, количество которых совпадает с объемом алфавита.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к заявляемому способу передачи информации шумоподобными сигналами в системе опознавания «свой-чужой» является способ передачи информации, описанный в патенте №2286017 «Способ передачи информации в системе связи с шумоподобными сигналами», патентообладатели Николаев Р.П., Попов А.Р., авторы Николаев Р.П., Попов А.Р., 27.04.2006. В данном способе передачи информации цифровые данные, полученные от источника информации на временном отрезке [(n-1)Т, nТ], преобразуют в циклический сдвиг псевдослучайной последовательности на участке [nТ, (n+1)Т] относительно псевдослучайной последовательности на временном отрезке [(n-1)Т, nТ] (где Т - временной интервал, равный периоду ПСП, n=0, 1, 2, …). При циклических сдвигах псевдослучайной последовательности с базой В получаются взаимно ортогональные последовательности. Данные последовательности можно использовать для кодирования символов многопозиционного алфавита. Максимальное количество символов многопозиционного алфавита равно базе сигнала В. Полученной псевдослучайной последовательностью манипулируют по фазе сигнал несущей частоты. В приемном устройстве сигнал усиливается и преобразуется по частоте. Затем вычисляется функция взаимной корреляции принятого сигнала с псевдослучайной последовательностью, сформированной в приемнике. После сравнения максимума функции корреляции с установленным порогом принимается решение об обнаружении сигнала, и в приемном устройстве включаются системы фазовой автоподстройки по несущей и тактовой частоте. В режиме выделения информации через каждый интервал времени, равный периоду псевдослучайной последовательности (Т), вычисляется функция взаимной корреляции R(n) (где n=0, 1, 2, …) входного сигнала с псевдослучайной последовательностью приемника. Для вычисления функции взаимной корреляции в режиме реального времени можно использовать алгоритм быстрой свертки, например, описанный в книге «Теория и применение цифровой обработки сигналов», авторов Л. Рабинер, Б. Гоулд, Москва, «Мир», 1978 г., стр.687-693. После вычисления функций взаимной корреляции R(n) на каждом временном отрезке [nТ, (n+1)Т] находится положение абсолютного максимума М_n. Смещение абсолютного максимума функций корреляции на отрезке [nТ, (n+1)Т] по отношению к максимуму на отрезке [(n-1)Т, nТ], преобразуют в цифровые данные принятой информации, по формуле

где N - количество элементов в периоде псевдослучайной последовательности.

D_n - цифровые данные.

Недостатком рассмотренного способа передачи информации является сложность реализации системы опознавания, использующей запросные и ответные шумоподобные сигналы малой длительности, которые обеспечивают скрытность передачи информации. Обнаружение коротких запросных и ответных шумоподобных сигналов, момент излучения которых неизвестен, наиболее просто реализовать, используя согласованный фильтр, описанный, например, в научно-техническом журнале «Электроника НТБ», выпуск 2/2008, «СБИС для цифрового согласованного фильтра», авторы И. Корнеев, А. Гришин. Для настройки цифрового согласованного фильтра (ЦСФ) на входную псевдослучайную последовательность необходимо записать зеркальное отображение данной последовательности в ЦСФ. При передаче цифровых данных псевдослучайная последовательность циклически сдвигается. После циклического сдвига цифровой фильтр не будет согласован с последовательностью.

Целью заявляемого способа передачи информации шумоподобными сигналами в системе опознавания «свой - чужой» является повышение скрытности передачи информации, упрощение реализации радиоприемного устройства, которое для обнаружения сигналов малой длительности и выделения из сигнала информации использует цифровой согласованный фильтр и пороговое устройство.

Поставленная цель достигается за счет того, что в заявляемом способе передачи информации шумоподобными сигналами в системе опознавания «свой-чужой» из сигнала тактовой частоты формируют синхронизирующую (СП) псевдослучайную последовательность и несколько маскирующих псевдослучайных последовательностей (МП₁, МП₂, …,МП_m). Псевдослучайные последовательности (МП₁, МП₂, …,МП_m) выбирают из множества псевдослучайных последовательностей, которые ортогональны или квазиортогональны к синхронизирующей последовательности СП. Для выбора номеров маскирующих последовательностей сигнала используют датчик случайных чисел. На фиг.1 показана структура сигнала. Сигнал состоит из последовательно чередующихся синхронизирующих СП и маскирующих МП_k последовательностей. Первая и последняя последовательности всегда СП. Цифровые данные, которые необходимо передать по каналу связи от источника информации, преобразуют в количество элементов или длину маскирующих последовательностей (МП₁, МП₂, …,МП_m). Количество бит информации, которое содержит один запросный или ответный сигнал, определяется формулой

I_s=m·log₂N (бит) (1),

где m - количество маскирующих последовательностей в сигнале; N - максимальная длина маскирующей последовательности.

Сформированной псевдослучайной последовательностью для запросного или ответного сигнала манипулируют фазу сигнала несущей частоты.

На приемной стороне сигнал усиливают и переносят на нулевую частоту. После аналого-цифрового преобразования производят согласованную фильтрацию сигнала. Цифровой согласованный фильтр настраивается на синхронизирующую псевдослучайную последовательность. При прохождении сигнала (фиг.1) через согласованный фильтр, на выходе согласованного фильтра формируется комплексная функция корреляции. Вычисляют огибающую комплексной функции корреляции, и сравнивается ее с установленным порогом. На выходе порогового устройства будут формироваться короткие импульсы (фиг.2), только после прохождения синхронизирующей последовательности, на которую настроен согласованный фильтр. Маскирующие последовательности ортогональны (квазиортогональны) к синхронизирующей последовательности, поэтому при прохождении участков сигнала, содержащих маскирующие последовательности, порог превышен не будет. По временным промежуткам между импульсами на выходе порогового устройства определяют цифровые данные принятой информации. Цифровые данные принятой информации можно определить, используя счетчик, который работает с тактовой частотой маскирующей последовательности. Первым импульсом на выходе порогового устройства включается счетчик тактовых импульсов. По переднему фронту импульсов на выходе порогового устройства, записывают показания счетчика в регистры. Цифровые данные принятой информации между двумя синхроимпульсами можно определить по формуле

D_n=d_n+1-d_n-N, (2)

где d_n+1, d_n - цифровые данные, записанные в регистры; N- количество элементов в синхронизирующей последовательности.

В системе опознавания для формирования запросного и ответного сигналов выбираются различные взаимно ортогональные псевдослучайные синхронизирующие последовательности. Через установленные промежутки времени в запросных и ответных сигналах на всех своих объектах одновременно изменяют номера синхронизирующих последовательностей. Временные промежутки смены псевдослучайных синхронизирующих последовательностей, в запросном и ответном сигналах, определяют по количеству различных квазиортогональных псевдослучайных последовательностей, которые можно использовать в качестве синхронизирующей последовательности.

Заявляемый способ передачи информации шумоподобными сигналами в системе опознавания «свой-чужой», позволяет увеличить скрытность передачи информации и упростить реализацию устройства, за счет следующих технологических операций:

- структуру всех маскирующих псевдослучайных последовательностей в сигнале изменяют случайным образом с использованием датчика случайных чисел;

- синхронизирующую последовательность изменяет на всех объектах, одновременно через выбранные промежутки времени;

- позволяет упростить реализацию устройства для работы с запросными и ответными сигналами малой длительности, так как для обнаружения и выделения информации можно использовать выходной сигнала согласованного фильтра и операцию сравнения с порогом.

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах опознавания «свой-чужой», использующих в качестве запросных и ответных сигналов шумоподобные, излучаемые на радиочастоте. Сигнал на радиочастоте формируется в результате фазовой манипуляции сигнала несущей частоты псевдослучайными последовательностями. Достигаемый технический результат - повышение скрытности передачи информации, упрощение реализации устройства. Согласно способу, для формирования шумоподобного сигнала опознавания используется одна синхронизирующая псевдослучайная последовательность и множество маскирующих псевдослучайных последовательностей. Для формирования сигнала опознавания, маскирующие псевдослучайные последовательности выбираются случайным образом из множества взаимно ортогональных или квазиортогональных псевдослучайных последовательностей с использованием датчика случайных чисел с равномерным распределением. Используемые для формирования сигнала, маскирующие псевдослучайные последовательности выбираются из множества псевдослучайных последовательностей, которые ортогональны или квазиортогональны к синхронизирующей псевдослучайной последовательности. Цифровые данные, полученные от источника информации, при формировании сигнала преобразуются в длину маскирующих псевдослучайных последовательностей, содержащихся в сигнале опознавания, а при приеме сигнала длина каждой маскирующей псевдослучайной последовательности преобразуется в цифровые данные, принятые от источника информации. 2 ил.

Способ передачи информации шумоподобными сигналами, в котором на передающей стороне шумоподобные сигналы сформированы включающими последовательно чередующиеся синхронизирующие и маскирующие случайные последовательности, длительность маскирующих последовательностей варьируется в зависимости от цифровых данных, поступающих от источника информации, а на приемной стороне посредством цифрового согласованного фильтра, настроенного на синхронизирующую псевдослучайную последовательность, формируют комплексную функцию корреляции, а цифровые данные принятой информации определяют по временным промежуткам между максимумами модулей комплексной функции корреляции.